Fraunhofer-Gesellschaft
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Fraunhofer IFAM

Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung, Institutsteil Dresden IFAM

Melt Spinner-Anlage mit Peripherie
© Fraunhofer IFAM
Abb. 1: Melt Spinner-Anlage mit Peripherie am Fraunhofer IFAM Dresden: Steuerung - Rezipient mit Planar Flow Casting - Gasversorgung - HF-Generator - Bandauffangbehälter. Links: Blick an der Extrusion eines geschmolzenes Material auf der gekühltes Kupferrad Rechts: nanokristalline rascherstarrter Flocken aus Bi2Te3
Spark Plasma Sinter Anlage
© Fraunhofer IFAM
Abb. 2: oben: Spark Plasma Sinter Anlage mit Abkühlungskammer (daneben) zur Herstellung von Sinterkörpern im semikontinuierlichen Prozess. unten links: Blick auf einen Sinterprozess bei hoher Temperatur, unten Mitte: gesinterte Halbzeuge mit verschiedene Geometrien und Abmessungen, unten rechts: mittels SPS gesinterte Blöcke aus TE-Materialien (Silizide).

Das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM, Institutsteil Dresden ist mit ca. 74 Mitarbeiter die größte europäische Forschungseinrichtung im Bereich der Pulvermetallurgie. Das IFAM arbeitet seit vielen Jahren auf dem Gebiet der pulvermetallurgischen Herstellung und Formgebung von thermoelektrischen (TE) (Siliziden, Skutteruditen, Clathraten, Bi2Te3) und magnetokalorischen Werkstoffen (MK) (La(Fe,Si)13). Neben thermoelektrisch aktiven Hochtemperaturmaterialien auf der Basis von Mg2Si und Mn11Si19 stehen auch die Raumtemperatur-Werkstoffe auf Basis von Bi2Te3 im Mittelpunkt. Technologischer Schwerpunkt der aktuellen Arbeiten sind Fragen zum Upscaling von Prozessen und zur Herstellung und Fertigung moderner TE und MK Werkstoffe und deren Recycling. Das IFAM verfügt eine umfangreiche Infrastruktur über die gesamte Wertschöpfungskette, von der Herstellung von Vorlegierungen bis zur Fertigung gesintertes Halbzeug im produktionsrelevanten Maßstab. Die dafür nötige Infrastruktur kann auch für das Recycling der Materialien verwendet werden:

  • Schmelzspinnen mit Schmelzkapazität bis zu 1 Liter pro Batch zur Herstellung feinkörniger, nanokristalliner oder amorpher Ausgangsstoffe als Bänder oder Flakes z.B. aus Bi2Te3 (Abb. 1)
  • Hochenergiemühlen (bis zum kg- Batch) zur Überführung der Ausgangsmaterialien in sinterfähige Pulver
  • Spark Plasma Sintern (SPS) zur Herstellung von gesinterten Halbzeugen mit Durchmesser bis zu 20 cm und mehrere Zentimeter Höhe (Abb. 2)
  • Ofenanlagen zur Wärmebehandlung, Nutzraum bis ca. 35 Liter und Temperatur bis max. 2200 °C unter z. B. Luft, Ar, H2, Vakuum

Das IFAM verfügt neben der technologischen Infrastruktur über eine umfassende analytische Ausstattung für die Werkstoffforschung im Herstellungs-, Fertigungs- oder Recyclingprozess, dazu gehören Metallografie, XRD sowie chemische- und Thermoanalyse.

Das IFAM ist an diversen öffentlichen Projekten beteiligt, die sich mit TE-Materialien beschäftigen (Magman (BMBF), TekoCar (BMBF), NEAT(EU), WiSE (BMBF), Heat4Efficiency (BMWi), Nanostructuring of clathtrates-I und -II (DFG SPP1386), Dimensionality, nanostructure of Bi2Te3–I und –II (DFG SPP 1386)) oder MK (DRREAM (EU), MagCon (FhG-Intern)). In diesen Projekten wurde eine große Erfahrung über das chemische Verhalten dieser Verbindungen gewonnen und die Ergebnisse wurden in fachliche Zeitschriften publiziert oder in internationale Tagungen präsentiert. Das IFAM hat im Bereich von F&E Aktivitäten zum Recycling von Seltenen Erden eine Methode zur Gewinnung von Nd bzw. Nd2O3 aus Ausgangsgemischen oder Schrott patentiert, in denen Nd-Fe-B enthalten ist (PCT/EP2013/067264).

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